高速精确的光纤光栅信号解调方案设计

为提升光纤光栅的应用效果,为此,设计高速精确的光纤光栅信号解调方案。依据LPFG的光纤光栅信号解调原理,设计两个LPFG双边缘滤波器处理两路反射光,并且利用光电探测器探测光功率结果,以此解调光栅的中心波长;采用光纤干涉仪检测解调频率,对其进行正反扫描,依据光传播时延引起的解调误差和解调频率扫描方向之间的关联,完成解调结果补偿。测试结果显示:该方案具有较好可行性,光谱发生不同程度重叠时,光纤光栅信号的解调结果标准差均小于1.85 pm;光栅波长的解调误差均在-5~5 pm之间;有效降低解调误差,提升光纤光栅解调精度,可靠获取信号中的信息。

基于光栅阵列的列车高精度定位测速方法研究

现有轨道交通定位和测速方法易受到外界环境干扰,具有不稳定性。为了解决这些难题,结合光纤光栅绝缘、抗干扰能力强、耐腐蚀等特性,提出了一种基于弱光栅阵列的结合波分和光时域反射仪技术的高精度列车测速定位系统方案,通过密集型复用方式实现光栅点的绝对定位需求,并设计了根据不同光栅分区定位结果及其波长漂移规律来计算实时速度和位置的数据处理方法。为验证系统性能,搭建了模拟运行环境,进行了理论分析和实验验证。结果表明,该方案能实现厘米级的定位精度和1 km/h的测速精度。该研究在轨道交通方面具有广泛的应用前景。

基于信号重构技术的FBG加速度测量系统研究

采用连续波调频,结合波分复用技术设计了基于小波滤波的光纤光栅加速度测量系统,提出压应力和拉应力同时实施的双光栅加速度测量探头的结构,选用其中心反射波长之差为传感信号,既消除了温度噪声对传感信号的干扰,又提高了测量的灵敏度和分辨率。应用小波信号处理方法,不仅实现了波长绝对编码,而且实现了微加速度信号的重构。所设计的测量系统具有结构简单、扫描频率高、分辨率好、线性度好等优点。

基于MCSA的离心泵转速测量与试验研究

阐述了传统离心泵转速测量方法及其存在的问题,提出了基于电动机电流信号分析(MCSA)测量离心泵转速的方法,应用信号处理理论,对方法的原理进行了数学推导.应用驱动电动机通电后定子绕组中存在与转子频率相同电流的原理,利用MCSA方法,分析电动机定子电流信号成分,从定子电流频谱中检测出转子频率.根据方法的原理设计了验证试验,试验过程中,变频器产生不同频率的电源为电动机供电,调节离心泵的流量,运用霍尔元件和数据采集卡,采集离心泵驱动电动机在不同流量下的定子电流信号,信号经过解调和快速傅里叶变换(FFT),在限定的转频范围,从电流频谱中得到转频.为了验证方法的准确性,用动静干涉机理测速法和光学测速法进行了对比试验,试验结果表明:与光学测速以及动静干涉机理测速相比,基于MCSA的转速测量方案的误差均在2%以内,满足离心泵状态监测的要求,实现了离心泵转速的无传感器测量,精度较高,适用性强.研究结果具有一定的应用价值.

基于高速单片机控制的位移测量系统设计

设计了基于高速单片机智能消抖算法的位移测量系统,给出了该系统的流程图和部分关键程序。该系统解决了一般控制系统中存在抖动误差的问题,实现了无抖动误差的控制,具有很高的测量精度,适用于测井仪和数控机床等要求精度比较高的场合。

提高LXJ—40离心机光栅测速系统信号质量的方法

分析了LXJ－40离心机光栅测速系统的特点，并从测速信号质量要求出发，分析了出现稳速系统锁相环“滑相”现象及在高速（180～202r／min）中“飞车”现象的原因，提出了提高LXJ－40离心机光栅测速系统信号质量的方法。

光波导中受控光信号时延研究

提出了一种光波导中全光等效光速减缓方法,并结合计算机模拟和实验结果进行分析。在光折变波导材料中采用掩模法光写入Bragg光栅。随后在波导背面用红拍频激光对Bragg光栅进行擦除,使局部光栅被擦除而形成移动腔,其内可存入并传输信号。通过改变拍频光的群速度的方法,达到控制光信号传输速度的目的。该系统提供了一种实现等效光速减缓的新途径。

扫描激光器型光纤光栅解调仪设计

设计了一种扫描激光器型光纤光栅波长解调仪,采用滑动平均滤波方法拟合光纤布拉格光栅反射谱,基于扫描激光器输出的同步触发信号与波长对应性,计算得到光纤布拉格光栅反射谱的中心波长,简化了解调过程。相比传统的宽带光源解调方法,降低了解调的复杂度和不稳定性,实现对布拉格波长的高精度、快速解调。实验结果表明,解调仪对光纤布拉格光栅波长的解调稳定性可达±2pm,温度与波长变化的线性度达到0.9984,温度测量误差小于0.5℃,能够满足实际应用的需要。

激波传播速度测量用光探针信号处理电路设计

针对现有激波传播速度测量方法存在的问题,提出了基于光电探测原理的光探针测速方法,实现压力传感器的动态标定。分析激波在激波管内的传播规律,选用点状激光器和探测器件构建了线形探测视场,设计了信号处理电路,实现激波穿过探测区域时探测器输出信号的光电转换、放大与驱动处理。设计的电路通过模拟试验进行验证,输出的有效信号幅值不小于4V,根据区截测速原理可有效计算出激波的传播速度。

大带宽光信号探测技术研究进展(特邀)

传统时域探测技术对光电探测器和模数转换器的带宽要求较高,面临着测量分辨率及测量信息完整度的挑战。基于傅里叶域的测量方案被陆续提出,通过全光频率-时间转换技术将受限的频率带宽转换到不受限的时间维度,突破大带宽光信号实时测量的带宽限制。回顾了大带宽光信号探测技术的研究进展,分析了各方案的原理及应用场景,并对目前存在的应用限制提出了解决思路与技术方案。

面向高速动态测量的光纤光栅传感信号解调技术研究进展

以光纤光栅为传感元件的测量系统在航空航天、石油化工、国防军事等领域得到了越来越多的应用,在需要对振动冲击、动态应变等进行测量的场景中,对光纤光栅特征信号进行高速高精度解调是保障光纤光栅传感技术有效应用的关键。本文对光纤光栅高速动态信号解调方法的国内外研究现状进行了综述,按照光谱、光强、相位、微波频谱等对光纤光栅解调方法进行分类,介绍了各解调方法的原理与典型应用,对现阶段各解调方法所能实现的主要技术指标进行了分类整理。最后,对各方法的优缺点进行了对比分析,对一些涉及高速动态测量的场景以及对应可能采用的高速解调方法进行了梳理,并对高速光纤光栅解调方法的未来发展方向进行了展望。

基于体相位光栅色散解调的布拉格光纤光栅温度监测

搭建了基于光纤布拉格光栅分析仪(FBGA)解调模块的光纤光栅温度监测系统,实现了对外界环境的温度监测。利用FBGA中的数字信号处理模块获取反射光的峰值波长,拟合获得峰值波长与温度的关系,采用LabVIEW编写相应的上位机程序。该测量方法精确度较高,与恒温箱温度相比,该系统的温度误差在±0.5℃之内。系统响应时间小于0.5 s,系统监测温度灵敏度约为0.1℃。当置信概率为95.40%时,重复性指标在±0.0210%之内。